勁度係數
描述單位形變時所產生彈力大小
勁度係數,常用來描述單位形變數時所產生的彈力大小。勁度係數k值越大,說明形變單位長度需要的力越大,或者說彈簧更“韌”。勁度係數又稱剛度係數或者倔強係數,在數值上等於彈簧伸長(或縮短)單位長度時的彈力。
k為勁度係數是彈簧的一種力學屬性,它的數值與彈簧的材料、彈簧絲的粗細、彈簧圈的直徑、單位長度的匝數、彈簧的原長度及溫度有關。
胡克定律:。式中,F為彈力,k是勁度係數,是彈簧形變數
兩彈簧勁度係數分別為,。
兩彈簧並聯后的勁度係數為=,
兩彈簧串聯后的勁度係數為。
牛頓/米()。
螺旋彈簧的勁度係數公式為:
()
其中:
=線徑(mm);
=外徑(mm);
=中徑=(mm);
N=總圈數;
=有效圈數=。
彈簧常數計算範例: 線徑=2.0mm,外徑=22mm,總圈數=5.5圈,鋼絲材質=琴鋼絲。
在彈性限度內,彈簧的彈力可由F=kx確定。這裡,x為彈簧的伸長的長度;k為勁度係數,表示彈簧的力學屬性,它的數值與彈簧的材料,彈簧絲的粗細,彈簧圈的直徑,單位長度的匝數及彈簧的原長度有關。在其他條件一定時彈簧越長,單位長度的匝數越多,k值越小。
k還與溫度有關,其他條件一定時,溫度越低k越大。
1)將一個勁度係數為K的彈簧一截為二,則一半長的彈簧的勁度係數為多少,是原勁度係數的兩倍嗎?
2)將兩根勁度係數分別為和的彈簧兩端固定,在兩彈簧中間連接一個質量為m的物體,合成后的彈簧的勁度係數為多少,等於和的和嗎?
3) 將兩根勁度係數分別為和的彈簧直接相連,一端固定,一端連接質量為m的物體,合成后的彈簧的勁度係數為多少,等於嗎?
4) 把一根彈簧在其一半處摺疊成一根雙股彈簧,則其彈簧的勁度係數為多少,等於原來的兩倍嗎?
解答
第1題:原彈簧可以看作兩個“半彈簧”串接,設勁度係數為,當原彈簧受力變形時,每個“半彈簧”變形量為x,則整個彈簧變形為2x。則有
,
每個彈簧勁度係數都是2K。注意這樣串聯的兩個“半彈簧”受力大小是一致的。推廣而言我們可以求更一般的情況—彈簧不是對半開,而是一定的比例,變形量比例與原長度比例一致。
第2題:兩個彈簧變形量x一致,只不過一個為拉伸則另一個為壓縮,但產生的力是方向一致,按照力等效的觀點,則,所以。
第3題:原理同第1題,正屬於我所說的推廣情況。,故,即。
第4題:變形一致,總的力=兩個分力之和。故,;由第1題可知是原彈簧的2倍,到此題K就是原彈簧的4倍。